斜向和多向不規(guī)則波對(duì)直立堤作用的研究.pdf

1、直立式防波堤是最常用的外海防護(hù)建筑物和護(hù)岸建筑物之一,作用于它的主要荷載是波浪力.傳統(tǒng)的研究和工程規(guī)范多數(shù)為單向波正向擊堤情況,對(duì)斜向不規(guī)則波特別是多向不規(guī)則波與直立堤相互作用的研究成果特別少.然而自然界中的波浪是多向不規(guī)則的,而且常斜向擊堤,斜向波還可產(chǎn)生大于立波的波浪力,同時(shí)由于斜向波和多向波作用于堤長(zhǎng)上的波力存在相位差,使整個(gè)單元堤(例如一個(gè)沉箱)上的總波力隨波浪入射角的增大而減小,但對(duì)其減小規(guī)律和計(jì)算方法還不明確.為使工程設(shè)計(jì)更

2、為經(jīng)濟(jì)合理,深入研究斜向和多向不規(guī)則波對(duì)直立堤的作用成為當(dāng)務(wù)之急,該文利用物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法,系統(tǒng)研究了波浪斜向作用和多向不規(guī)則性對(duì)直立堤所受波浪力的影響.該文的三維物理模型試驗(yàn)在大連理工大學(xué)海岸與近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的綜合水池中進(jìn)行.試驗(yàn)采用Goda建議的JONSWAP譜來(lái)模擬不規(guī)則波浪,方向分布函數(shù)采用光易型分布.波浪入射方向或主方向的范圍為0°~60°,方向分布參數(shù)s分別取為10,40,∞(單向不規(guī)則波).采用三種深水

3、波陡和三個(gè)波高.通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析,給出了作用在直立堤上的單位堤長(zhǎng)波浪力隨波向角的變化規(guī)律,討論了波浪方向分布寬度(波浪多向性)、波陡及相對(duì)波高等因素對(duì)單位堤長(zhǎng)波浪力的影響.分析了考慮單元堤的長(zhǎng)度影響時(shí),斜向和多向波作用于單元堤上的波浪力的縱向分布規(guī)律及縱向折減規(guī)律,討論了波向角、波浪方向分布寬度、波浪要素等對(duì)波浪力縱向分布和縱向折減的影響,利用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合,給出了單元堤上波浪力的縱向分布系數(shù)和縱向折減系數(shù)與單元堤相對(duì)長(zhǎng)度的關(guān)系

4、式,便于理論研究和工程設(shè)計(jì)參考應(yīng)用.并通過(guò)與Battjes理論和Madrigal等試驗(yàn)成果的比較來(lái)驗(yàn)證該文所采用的分析方法的合理性.建立了基于勢(shì)流理論的正向和斜向不規(guī)則波與直立堤相互作用的數(shù)值計(jì)算模型.通過(guò)在計(jì)算域內(nèi)設(shè)置一造波源造波,邊界用海綿層消波來(lái)克服現(xiàn)有吸收式造波理論的缺陷,數(shù)值試驗(yàn)表明源項(xiàng)能連續(xù)地產(chǎn)生入射波浪而不受直堤產(chǎn)生的反射波的影響.計(jì)算時(shí)自由表面邊界采用其原始的完全非線性形式而不做任何級(jí)數(shù)展開(kāi),能充分考慮波浪的非線性影響.